wo 2016/174345 1 AUBE MUNIE DE PLATEFORMES COMPORTANT DES INSERTS
DOMAINE DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne une préforme fibreuse pour une aube de turbomachine ainsi qu'une aube monobloc pouvant être formée au moyen d'une telle préforme, une roue aubagée et une turbomachine comprenant une telle aube.
Une telle préforme peut être utilisée pour réaliser en une seule pièce des aubes comprenant des plateformes aérodynamiques munies d'inserts de différentes natures. De telles aubes peuvent être notamment des aubes de soufflante d'un turboréacteur d'avion, pour ne citer que cet exemple.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Afin de réduire la masse des turboréacteurs d'avion, et donc de réduire la consommation de ces turboréacteurs, il est désormais connu de fabriquer certaines aubes du réacteur en matériau composite, bien plus léger que le métal traditionnellement utilisé jusqu'alors.
A cette fin, il est également connu aujourd'hui d'utiliser des techniques de tissage tridimensionnel afin d'obtenir des préformes fibreuses aboutissant à des aubes composites de très bonne qualité. Le document WO 2014/076408 décrit notamment un procédé de tissage d'une préforme fibreuse permettant d'obtenir de manière monobloc des aubes munies de plateformes intrados et extrados, ces plateformes étant d'épaisseur constante.
Toutefois, ces plateformes doivent répondre à un grand nombre d'exigences et assurer de nombreuses fonctions. De manière principale, de telles plateformes doivent assurer une fonction aérodynamique de définition et de canalisation de la veine d'écoulement de l'air dans le turboréacteur. Toutefois, elles doivent également assurer une tenue mécanique garantie pour toutes les phases de vol ainsi qu'une intégration cohérente dans l'environnement du moteur en évitant notamment d'introduire des perturbations dans la veine d'air en aval. Ainsi, la géométrie des plateformes doit être finement contrôlée, et ceci durant tout le fonctionnement du moteur, et quelle que soit la phase du vol.
wo 2016/174345 2 Or, en particulier, lors de tests et simulations réalisées sur de telles aubes, les inventeurs ont constaté que différentes zones de ces plateformes issues d'un tissage 3D se déformaient de manière plus ou moins importante sous l'effet des efforts centrifuges s'exerçant lors du fonctionnement de la turbomachine. Les inventeurs ont notamment remarqué que la déformation d'une zone d'une plateforme est d'autant plus importante qu'elle présente un déport important par rapport à la pale.
Dès lors, ces plateformes présentent en fonctionnement des irrégularités de forme susceptibles de perturber la veine d'air et donc le rendement de la turbomachine. En outre, les inventeurs ont constaté que le fléchissement est dépendant, entre autres, de la longueur du porte-à-faux. Ainsi, le porte-à-faux étant différent entre les plateformes extrados et intrados de deux aubes consécutives, il en résulte une discontinuité de fléchissement à cet interface et un risque de chevauchement des plateformes.
Il existe donc un réel besoin pour une préforme fibreuse, une aube, une roue aubagée et une turbomachine qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux systèmes connus précités.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne une préforme fibreuse pour une aube de turbomachine, obtenue par tissage tridimensionnel, comprenant un premier tronçon longitudinal, apte à former un pied d'aube, un deuxième tronçon longitudinal, prolongeant vers le haut le premier tronçon longitudinal, apte à former une partie de pale, un premier tronçon transversal, s'étendant transversalement depuis la jonction entre les premier et deuxième tronçons longitudinaux, apte à former une première plateforme, dans laquelle le premier tronçon transversal comprend au moins une portion déliée comportant un pan supérieur et un pan inférieur, et dans laquelle au moins un insert est disposé entre les pans supérieur et inférieur de la portion déliée du premier tronçon transversal.
Grâce à une telle préforme, il est possible d'obtenir de manière monobloc une aube comprenant un pied d'aube, une partie de pale et au moins une plateforme munie d'au moins un insert permettant de perfectionner la géométrie de la plate-forme, de maitriser cette géométrie durant le fonctionnement du moteur et/ou de doter la plate-forme de wo 2016/174345 certaines fonctions telles des fonctions de tenue mécanique ou d'intégration.
En fonction de la stratégie de tissage retenue, le tronçon transversal aboutissant à la plateforme peut comprendre naturellement deux pans déliés et donc libres d'être déplacés l'un par rapport à l'autre.
Dans d'autres stratégies de tissage, le tronçon transversal aboutissant à la plateforme est habituellement monobloc : toutefois, dans ce cas-là, il est facile de prévoir une déliaison à la base du tronçon transversal pour scinder ce dernier en deux pans déliés. Dans un cas comme dans l'autre, il est alors facile d'introduire un ou plusieurs inserts dans l'espace séparant les pans déliés lorsqu'ils sont repliés l'un vers l'autre dans leur position finale transversale.
Dès lors, selon la fonction dont on souhaite doter la plateforme, il est possible d'introduire dans cet espace des inserts de natures variées, et notamment de formes et de compositions variées.
Ainsi, grâce à cette préforme, on peut bénéficier des avantages d'une aube monobloc tissée 3D (gain de masse ; nombre de pièces réduit ; montage et maintenance simplifiés etc.) tout en permettant que d'autres fonctions habituelles de telles plateformes puissent être correctement assurées.
Dans le présent exposé, les termes longitudinal , transversal , inférieur , supérieur et leurs dérivés sont définis par rapport à la direction principale de l'aube considérée, le pied d'aube étant situé du côté inférieur de l'aube selon cette référence ; les termes proximal , distal et leurs dérivés sont définis par rapport à la pale de l'aube ; les termes axial , radial , tangentiel et leurs dérivés sont quant à eux définis par rapport à l'axe principal de la roue comportant ces aubes, c'est-à-dire en général l'axe de la turbomachine.
On entend par plan axial un plan passant par l'axe principal de la turbomachine et par plan radial un plan perpendiculaire à cet axe principal ; on entend par plan longitudinal un plan parallèle à la direction principale de l'aube et perpendiculaire à la direction d'extension du pied d'aube : un tel plan longitudinal est donc un plan radial dans le référentiel de la turbomachine. En outre, les termes amont et aval sont définis par rapport à la circulation de l'air dans la turbomachine.
wo 2016/174345 Enfin, on entend par tissage tridimensionnel une technique de tissage dans laquelle des fils de trame circulent au sein d'une matrice de fils de chaîne de manière à former un réseau tridimensionnel de fils selon une armure tridimensionnelle : toutes les couches de fils d'une telle structure fibreuse sont alors tissées au cours d'une même étape de tissage au sein d'un métier à tisser tridimensionnel.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un fil. Il peut notamment s'agir d'un fil métallique, carbone ou de SIC, par exemple de la même nature que les fils utilisés pour tisser la préforme fibreuse.
Contrairement aux fils de la structure fibreuse principale dont les orientations sont fixées par la stratégie de tissage utilisée, un tel fil bénéficie d'une totale liberté d'orientation. On peut donc choisir de le disposer selon n'importe quelle direction le long de laquelle on souhaite rigidifier la plateforme. Les fils de raideur augmentée permettent de réduire des déplacements hors critères.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un voile tissé bidimensionnel. Un tel voile bidimensionnel peut permettre, localement ou sur toute la surface du tronçon transversal, d'augmenter l'épaisseur de la préforme et donc de la plateforme qui en sera issue. Un tel voile peut notamment être réalisé dans le même matériau que le reste de la préforme fibreuse. On comprend toutefois ici qu'un tel voile est indépendant de la structure fibreuse principale de la préforme tissée tridimensionnellement et qu'il est rapporté dans cette dernière entre les pans supérieur et inférieur de la portion déliée de son premier tronçon transversal. Plusieurs voiles de ce type peuvent être superposés, assemblés ou non, et insérés entre les pans supérieur et inférieur pour gagner plus d'épaisseur. Ces voiles peuvent aussi dans certains cas permettre de réduire des déplacements hors critères si le matériau choisi est d'une raideur supérieure.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un bloc fibreux tissé tridimensionnellement. Un tel bloc fibreux tissé
tridimensionnellement, mais indépendamment de la structure fibreuse principale de la préforme, permet d'augmenter facilement l'épaisseur du tronçon transversal, et donc de la plateforme qui en sera issue, sans impacter la stratégie de tissage du reste de la préforme fibreuse. Un tel bloc fibreux peut notamment être réalisé dans le même matériau que le wo 2016/174345 reste de la préforme fibreuse. Ce bloc fibreux permet d'apporter de la raideur dans plusieurs directions et surtout d'apporter une raideur qui peut être différente selon la direction.
Dans certains modes de réalisation, l'épaisseur et/ou le nombre de 5 couches du bloc fibreux est évolutif.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un matériau nid d'abeille ou une mousse. Un tel insert indépendant de la structure fibreuse principale de la préforme et placé entre les pans supérieur et inférieur, permet d'augmenter facilement l'épaisseur du tronçon transversal, et donc de la plateforme qui en sera issue, sans impacter la stratégie de tissage du reste de la préforme fibreuse. Un tel insert permet d'avoir des épaisseurs importantes sans augmentation significative de masse. Le comportement en flexion de la plateforme s'en trouve de plus amélioré.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un bouche-trou. Un tel élément, également communément appelé gap-filer , permet de combler une lacune dans une préforme. Un tel bouche-trou peut ainsi combler une lacune dans la préforme résultant d'une déliaison, d'un croisement de couches ou tout simplement d'un pliage de la préforme. Il peut notamment s'agir d'une tresse, d'un toron de fibres carbone ou encore d'un jonc en résine chargée ou non. Un tel insert permet aussi d'apporter de manière localisée de la raideur.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un raidisseur incluant une tige ou une plaque rigide. Un tel raidisseur permet de renforcer la tenue mécanique de la plateforme, notamment vis-à-vis des efforts centrifuges. En particulier, un tel raidisseur assure une déformation plus régulière de la plateforme sous l'effet de la force centrifuge au cours du fonctionnement de la turbomachine. En effet, la présence de ce raidisseur permet de mieux solidariser les différentes zones de la plateforme afin de tendre vers une uniformisation de leurs déformations radiales. On moyenne ainsi en quelque sorte les déformations de la plateforme, les zones habituellement fortement défléchies tirant vers l'extérieur les zones habituellement moins défléchies tandis que ces dernières retiennent vers l'intérieur les zones soumises à
une force centrifuge plus importante. Dès lors, la plateforme conserve en fonctionnement un profil relativement régulier. On contribue ainsi à
wo 2016/174345 maintenir la régularité du flux aérodynamique ainsi que la correcte intégration de la plateforme dans l'environnement moteur. Un tel raidisseur peut notamment être métallique ou bien réalisé en fibres de verre.
Dans certains modes de réalisation, la section du raidisseur est évolutive. De cette manière, il est possible de tenir compte de la géométrie de la plateforme pour compenser de manière plus optimisée les déformations de cette dernière. En particulier, une largeur évolutive permet de régler d'une part la raideur du raidisseur, et donc la transmission des efforts d'une zone à l'autre de la plateforme, et d'autre part de régler la masse ajoutée localement à la plateforme, et donc de régler localement les efforts centrifuges exercés sur la plateforme. En particulier, en ajoutant localement de la masse à une zone habituellement moins défléchies de la plateforme, on augmente l'intensité de la force centrifuge dans cette zone de telle sorte que cette dernière sera un peu plus défléchie et s'alignera plus facilement avec les zones voisines naturellement plus défléchies.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est disposé
axialement le long du premier tronçon transversal. Un tel insert permet ainsi de rigidifier axialement la plateforme entre son amont et son aval afin notamment d'assurer la régularité du flux d'air.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est disposé
le long de l'extrémité proximale du premier tronçon transversal. En fonction de la stratégie de tissage utilisée, une lacune peut être présente dans la préforme le long de l'extrémité proximale du premier tronçon transversal : une telle lacune, causée en général par des sorties de fils, entraîne alors localement un taux volumique de fibres plus faible et donc une fragilité accrue de cette portion de l'aube. Un tel insert permet alors de combler cette lacune.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est disposé
le long de l'extrémité distale du premier tronçon transversal. On augmente ainsi la rigidité de la plateforme dans sa zone la plus distante de la pale, c'est-à-dire celle subissant le couple centrifuge le plus important et donc connaissant habituellement les plus fortes déformations. On contribue ainsi à assurer la régularité de l'extrémité distale de la plateforme. En outre, un tel raidisseur disposé à cet endroit peut former une butée wo 2016/174345 empêchant une plateforme de chevaucher la plateforme de l'aube voisine, en cas de choc violent successif à une ingestion d'oiseau par exemple.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est disposé
tangentiellement de l'extrémité proximale à l'extrémité distale du premier tronçon transversal. Un tel insert permet ainsi de rigidifier tangentiellement la plateforme entre son extrémité distale et sa jonction avec la pale, ce qui permet ainsi de réduire l'amplitude de la déformation de l'extrémité distale de la plateforme.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est disposé
tangentiellement sensiblement le long du segment tangentiel le plus long du premier tronçon transversal. En effet, plus une zone de la plateforme est déportée par rapport à la pale, plus le bras de levier des forces centrifuges s'exerçant sur cette zone est important et donc plus elle est sujette à des déformations importantes en fonctionnement. Dès lors, des raidisseurs sont particulièrement utiles dans les zones les plus déportées pour réduire l'amplitude des fortes déformations qui y sont habituellement constatées.
Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est disposé
tangentiellement le long de l'extrémité amont ou aval du premier tronçon transversal. En effet, dans le cas de la plateforme extrados, les extrémités amont et aval de la plateforme sont les zones de la plateforme présentant le plus grand déport par rapport à la pale. Dès lors, suivant la logique énoncée ci-dessus, des raidisseurs sont particulièrement utiles dans ces zones pour réduire l'amplitude de leurs déformations en fonctionnement.
Dans certains modes de réalisation, le premier tronçon transversal comporte au moins une patte axiale s'étendant sensiblement axialement depuis l'extrémité amont et/ou l'extrémité aval du premier tronçon transversal, ladite patte axiale comportant un pan supérieur et un pan inférieur, et au moins un insert est disposé entre les pans supérieur et inférieur de ladite patte axiale. Une telle patte permet la coopération de la plateforme avec les carters tournants amont et/ou aval, ce qui permet de bloquer la déformation des extrémités amont et/ou aval de la plateforme lors du fonctionnement du moteur. Un tel insert permet alors de renforcer cette patte pour améliorer sa tenue mécanique.
Dans certains modes de réalisation, la préforme fibreuse comprend un deuxième tronçon transversal, s'étendant transversalement depuis la wo 2016/174345 jonction entre les premier et deuxième tronçons longitudinaux, dans le prolongement et à l'opposé du premier tronçon transversal, apte à former une deuxième plateforme ; le deuxième tronçon transversal comprend au moins une portion déliée comportant un pan supérieur et un pan inférieur, et au moins un insert est disposé entre les pans supérieur et inférieur de la portion déliée du deuxième tronçon transversal.
On comprend naturellement que toutes les caractéristiques évoquées ci-dessus au sujet du premier tronçon transversal peuvent se transposer au deuxième tronçon transversal.
Dans certains modes de réalisation, l'un des pans, de préférence le pan supérieur, du premier tronçon transversal est tissé de manière déliée avec le deuxième tronçon longitudinal ; ce pan prolonge donc une couche ou une série de couches du premier tronçon longitudinal. L'autre pan, de préférence le pan inférieur, du premier tronçon transversal est tissé de manière déliée avec le premier tronçon longitudinal ; ce pan prolonge donc une couche ou une série de couches du deuxième tronçon longitudinal. Il s'agit d'une stratégie de tissage désormais bien éprouvée, décrite dans la demande WO 2014/076408, aboutissant naturellement à la formation d'un tronçon transversal composé de deux pans déliés. Un croisement de couches est de préférence prévu à la jonction entre les pans supérieur et inférieur du tronçon transversal et les tronçons longitudinaux. Les pans du tronçon transversal peuvent en outre être cousus à leur extrémité distale pour fermer cette extrémité de la cavité
dans laquelle sont disposés les inserts. Le cas échéant, le second tronçon transversal peut être tissé de manière analogue.
Dans d'autres modes de réalisation, chacun des pans du premier tronçon transversal est tissé de manière déliée avec le deuxième tronçon longitudinal ; chacun prolonge donc une couche ou série de couches du premier tronçon longitudinal. Cette stratégie de tissage est dérivée d'une stratégie de tissage aujourd'hui bien éprouvée, décrite notamment dans la demande WO 2013/104852, une déliaison supplémentaire étant introduite dans le tronçon transversal pour former les pans déliés supérieur et inférieur. Cette déliaison peut s'étendre jusqu'à l'extrémité distale du tronçon transversal, auquel cas les deux pans sont libres, ou bien peut s'achever avec son extrémité distale de telle sorte que les deux pans sont wo 2016/174345 rattachés à leur extrémité distale. Le cas échéant, le second tronçon transversal peut être tissé de manière analogue.
Dans d'autres modes de réalisation, chacun des pans du premier tronçon transversal est tissé de manière déliée avec le deuxième tronçon longitudinal et chacun des pans du deuxième tronçon transversal est tissé
de manière déliée avec le premier tronçon longitudinal ; les pans du premier tronçon transversal prolongent alors les pans du deuxième tronçon transversal. Cette stratégie de tissage est dérivée d'une autre stratégie de tissage également bien éprouvée, décrite notamment dans la demande WO 2010/061140, une déliaison supplémentaire étant introduite dans chaque tronçon transversal pour former les pans déliés supérieur et inférieur. Cette déliaison peut s'étendre jusqu'à l'extrémité distale du tronçon transversal, auquel cas les deux pans sont libres, ou bien peut s'achever avant son extrémité distale de telle sorte que les deux pans sont rattachés à leur extrémité distale.
Dans certains modes de réalisation, les fils utilisés pour le tissage de la préforme sont des fibres de carbone. Il peut toutefois s'agir de n'importe quel autre type de fil, par exemple des fibres de verre ou de kevlar.
Dans certains modes de réalisation, l'armure utilisée pour le tissage tridimensionnel de la préforme est du type interlock 3D. Toutefois, le tissage des surfaces externes de la préforme peut être essentiellement bidimensionnel, du type satin par exemple.
Le présent exposé concerne également une aube pour turbomachine, comprenant un pied d'aube, une partie de pale, s'étendant vers le haut depuis le pied d'aube, une plateforme s'étendant transversalement à la partie de pale au niveau de la jonction entre le pied d'aube et la partie de pale, dans laquelle la plateforme est réalisée en matériau composite et comporte au moins une portion incluant, noyés dans une même matrice, un premier renfort tissé, un deuxième renfort tissé et un insert disposé entre les premier et deuxième renforts tissés.
On comprend que cette aube correspond à celle que l'on peut obtenir à l'aide de la préforme ci-dessus. En particulier, les renforts tissés sont de préférence des renforts fibreux tissés tridimensionnellement. Dès lors, toutes les caractéristiques et avantages décrits ci-dessus se transposent directement à cette aube, quelle que soit sa technique d'obtention.
Dans certains modes de réalisation, l'aube est réalisée de manière monobloc en matériau composite au moyen d'une préforme fibreuse selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, ladite préforme ayant été mise en forme dans un moule et noyée dans une matrice, de préférence de type organique.
Dans certains modes de réalisation, la matrice est de type organique. Il peut notamment s'agir d'une résine époxy.
Dans d'autres modes de réalisation, la matrice est du type céramique.
Le présent exposé concerne également une roue aubagée pour turbomachine, comprenant une pluralité d'aubes selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents Il peut s'agir d'une roue de rotor, telle une soufflante, dans laquelle les aubes sont disposées angulairement autour d'un moyeu tournant, ou d'une roue de stator, dans laquelle les aubes sont disposée angulairement au sein d'une virole fixe.
Le présent exposé concerne également une turbomachine, comprenant au moins une aube ou une roue aubagée selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents.
Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation de la préforme, de l'aube, de la roue aubagée et de la turbomachine proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à
illustrer les principes de l'invention.
Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à
des exemples de réalisation différents mais ayant une fonction analogue sont repérés sur les figures par des références numériques incrémentées de 100, 200, etc.
La FIG 1 est un plan en coupe axiale d'une turbomachine selon l'invention.
La FIG 2 est un schéma partiel en coupe radiale d'une roue aubagée selon l'invention.
La FIG 3 est une vue partielle en perspective d'une aube selon un exemple de réalisation.
Les FIG 4A et 48 illustrent de manière schématique la préforme correspondant à ce premier exemple d'aube ainsi que sa mise en forme.
La FIG 5 illustre de manière simplifiée le croisement de couches de la FIG 4A.
La FIG 6 illustre un premier exemple d'inserts disposés dans la préforme de la FIG 48.
Le FIG 7 illustre un deuxième exemple d'inserts disposés dans la préforme de la FIG 48.
Le FIG 8 illustre un troisième exemple d'inserts disposés dans la préforme de la FIG 48.
Le FIG 9 illustre un quatrième exemple d'inserts disposés dans la préforme de la FIG 48.
Le FIG 10 illustre un cinquième exemple d'inserts disposés dans la préforme de la FIG 48.
La FIG 11 illustre de manière schématique un deuxième exemple de préforme munie d'inserts.
La FIG 12 illustre de manière schématique un troisième exemple de préforme munie d'inserts.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION
Afin de rendre plus concrète l'invention, des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.
La FIG 1 représente, en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, un turboréacteur à double flux 1 selon l'invention. Il comporte, d'amont en aval selon la circulation du flux d'air, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7.
wo 2016/174345 12 Comme cela est représenté sur la FIG. 2, la soufflante 2 est munie d'une pluralité d'aubes de soufflante 20 montées angulairement autour de l'axe A sur un disque 11 connecté à l'arbre basse pression de la turbomachine 1.
Une telle aube de soufflante est représentée sur la FIG. 3. Elle comprend un pied d'aube 21 en queue d'aronde configurée pour s'engager dans une rainure 12 du disque 11 afin de la fixer au disque 11. Ce pied d'aube 21 est prolongé vers le haut par une pale 22 présentant une face extrados 22e et une face intrados 22i s'entendant chacune d'amont en aval entre un bord d'attaque 22a et un bord de fuite 22f.
L'aube 20 comprend en outre une plateforme extrados 23, s'étendant transversalement du côté extrados de l'aube depuis la jonction entre le pied d'aube 21 et la pale 22, et une plateforme intrados 24, s'étendant transversalement du côté intrados de l'aube depuis la jonction entre le pied d'aube 21 et la pale 22.
La FIG 4A représente la préforme 40 tissée tridimensionnellement permettant de réaliser ce premier exemple d'aube 20. La FIG 4B
représente la même préforme 40 après sa mise en forme. Cette préforme 40 va être décrite d'amont en aval dans la direction T de tissage, c'est-à-dire du bas vers le haut des figures. Il va toutefois de soi que le tissage pourrait être réalisé à partir de l'autre extrémité et dans l'autre sens.
Dans cet exemple de réalisation, la préforme 40 est tissée tridimensionnellennent en fibres de carbone selon une armure interlock 3D.
Seules les surfaces de la préforme 40 sont tissées bidimensionnellement selon une armure de type satin.
A l'extrémité amont, le tissage débute par une première zone de déliaison D1 dans laquelle un pan libre inférieur 51a d'un premier tronçon transversal 51, un premier tronçon longitudinal 41 et un pan libre inférieur 52a d'un deuxième tronçon transversal 52 sont tissés conjointement de manière déliée avec des plan de déliaison respectifs 65 et 66. Le premier tronçon longitudinal 41 conduira à terme à la formation du pied 21 de l'aube 20.
En aval de cette première zone de déliaison D1, une zone de croisement de couches Cl forme interface avec une deuxième zone de déliaison D2 dans laquelle un premier pan libre 50a, un deuxième tronçon wo 2016/174345 longitudinal 42 et un deuxième pan libre 50b sont tissés conjointement de manière déliée avec des plans de déliaison respectifs 62 et 63.
Au niveau de la zone de croisement de couches Cl s'opère un croisement de couches tel que les couches de fils issues des pans libres inférieurs 51a, 52a des premier et deuxième tronçons transversaux 51, 52 se prolongent vers le deuxième tronçon longitudinal 42 tandis que les couches de fils composant les pans libres 50a, 50b sont issues du premier tronçon longitudinal 41.
Des méthodes de tissage permettant un tel croisement de couches sont désormais bien connues dans le domaine du tissage 3D. A titre d'illustration, la FIG 5 schématise de manière simplifiée ce croisement de couches Cl. Dans la zone de croisement de couches Cl, les fils de trame tl solidarisant les couches de fils de chaîne c les plus externes du premier tronçon longitudinal 41 sont déviés vers l'extérieur afin de solidariser, en aval de la zone de croisement de couches Cl, les couches de fils de chaîne c du premier pan libre 50a, tandis que les fils de trame t2 solidarisant les couches du pan libre inférieur 51a sont déviés vers l'intérieur afin de solidariser les couches les plus externes du deuxième tronçon longitudinal 42. Ainsi, les fils de trame tl et t2 se croisent au niveau de la zone de croisement de couches Cl. Associée à la technique de déliaison, cette technique de croisement de couches permet de tisser deux pans 51a, 50a déliés disposés dans le prolongement l'un de l'autre en leur assurant un rattachement solide à la nappe principale 41, 42.
De retour aux FIG 4A et 4B et au tissage de la préforme 40, au sein de la deuxième zone de déliaison D2, des sorties de couches sont réalisées progressivement le long du tissage T entre le deuxième tronçon longitudinal 42 et chacun des pans libres 50a, 50b afin d'affiner le deuxième tronçon longitudinal 42 et donc la future pale 22 de l'aube.
Une fois le tissage terminé, les pans libres 50a et 50b sont découpés de manière à former respectivement le pan libre supérieur 51b du premier tronçon transversal 51 et le pan libre supérieur 52b du deuxième tronçon transversal 52.
Les pans libres inférieurs et supérieurs de chacun des tronçons transversaux 51, 52 sont alors rabattus l'un vers l'autre selon les flèches de manière à prendre leurs positions transversales finales. Un collage ou une couture peut être prévue à l'extrémité distale des pans libre. Les wo 2016/174345 tronçons transversaux 51, 52 formeront ainsi respectivement les plates-formes extrados 23 et intrados 24 de l'aube 20.
Une fois les pans libres 50a et 50b découpés, les fils flottés résidant en surface du deuxième tronçon longitudinal 42, c'est-à-dire les fils de chaîne détachés de tout fil de trame issus des sorties de couches réalisées, sont désormais accessibles et peuvent être rasés.
La configuration finale de la préforme 40 est alors représentée sur la FIG 4B. Il faut noter ici que les qualificatifs transversal et longitudinal sont donnés en fonction de la position finale du tronçon considéré, les tronçons transversaux étant nécessairement tissés longitudinalement avant d'être repliés transversalement.
Les espaces séparant les pans inférieur 51a, 52a et les pans supérieurs 51b, 52b des tronçons transversaux 51, 52 forment alors des cavités internes 53 qui peuvent recevoir des inserts de natures variées.
Ces inserts vont maintenant être décrits en références aux FIG 6 à 10.
L'homme du métier comprendra que les combinaisons d'inserts présentées ici ne sont pas exclusives, certains inserts d'un exemple pouvant être combinés avec des inserts d'un autre exemple, à la même place ou à une place différente, en fonction des propriétés recherchées pour les plateformes 23, 24.
La FIG 6 illustre une première configuration dans laquelle la cavité
interne 53 du premier tronçon transversal 51 comprend un bouche-trou 61 et un voile bidimensionnel 62.
Le bouche-trou 61, par exemple un jonc de carbone, est disposé
axialement le long de l'extrémité proximale du tronçon transversal 51, c'est-à-dire contre la zone de croisement de couche Cl.
Le voile bidimensionnel 62 est réalisé quant à lui en fibres de carbone et s'étend sur toute la surface résiduelle de la cavité 53 non occupée par le bouche-trou 61: il permet notamment d'épaissir le tronçon transversal 51.
La FIG 7 illustre une deuxième configuration dans laquelle la cavité
interne 153 du premier tronçon transversal 151 comprend un raidisseur 163 et un bloc fibreux 164.
Dans cet exemple, les extrémités distales des pans inférieur 151a et supérieur 151b ont été cousus pour fermer l'extrémité distale de la cavité
153. Le raidisseur 163 est une tige métallique s'étendant axialement le wo 2016/174345 long de l'extrémité distale du tronçon transversal 151, c'est-à-dire contre le bord distal de la cavité 153.
Le bloc fibreux 164 comprend des fibres de carbone tissées tridimensionnellement selon une armure interlock 3D. Son nombre de 5 couches, et donc son épaisseur, est de préférence évolutive. Il s'étend sur toute la surface résiduelle de la cavité 153 non occupée par le raidisseur 163 pour épaissir et façonner la géométrie du tronçon transversal 151.
La FIG 8 illustre une troisième configuration dans laquelle la cavité
interne 253 du premier tronçon transversal 251 comprend un raidisseur 10 263, un voile 262 et une série de fils 265.
Le raidisseur 263 est une tige en fibres de verre s'étendant axialement sensiblement au milieu de la cavité 253. Il influe ainsi sur la géométrie du tronçon transversal 251 et donc sur la géométrie de la plateforme final 23.
15 Le voile bidimensionnel 262 est inséré entre le raidisseur 263 et l'extrémité distale de la cavité 253.
Les fils 265, métalliques par exemple, s'étendent axialement et sont disposés les uns à côtés des autres entre l'extrémité proximale de la cavité
253 et le raidisseur 263.
La FIG 9 illustre, en plan, une quatrième configuration dans laquelle la cavité interne 353 du premier tronçon transversal 351 comprend un raidisseur tangentiel 366 s'étendant tangentiellement depuis le deuxième tronçon longitudinal 342 jusqu'à l'extrémité distale du premier tronçon transversal 351, sensiblement le long de l'extrémité aval du premier tronçon transversal 351. Un raidisseur analogue est disposé dans la cavité
du deuxième tronçon transversal 352.
La FIG 10 illustre, de profil, une cinquième configuration dans laquelle les pans inférieur 451a et supérieur 451b du premier tronçon transversal 451 comprennent chacun des pattes amont 454a, 454b et aval 455a, 455b séparées respectivement par des interstices amont 456 et aval 457 prolongeant la cavité interne 453.
Un renfort métallique 467, 468 est alors inséré dans chaque interstice 456, 457 pour renforcer les pattes 454 et 455. Une fois l'aube terminée, ces pattes 454 et 455 sont destinées à coopérer avec la virole amont et le tambour aval de la soufflante 2.
wo 2016/174345 Quels que soient les inserts choisis et disposés dans la cavité
interne 53 des tronçons transversaux 51, 52, la préforme 40 ainsi complétée peut alors être humidifiée pour l'assouplir et permettre un décadrage plus aisé des fibres. Elle est ensuite introduite dans un moule de formage dont l'espace intérieur est ajusté à la géométrie recherchée pour la préforme 40. Les différents inserts peuvent éventuellement être fixés aux pans inférieur et/ou supérieur des tronçons transversaux, par couture ou collage par exemple.
On sèche ensuite la préforme 40 afin que celle-ci se raidisse, bloquant ainsi la géométrie imposée lors de la mise en forme. La préforme 40 est enfin disposée dans un moule d'injection, aux dimensions de l'aube finale souhaitée 20, dans lequel on injecte une matrice, ici une résine époxy. Une telle injection peut par exemple être réalisée par le procédé
connu RTM ( resin transfer nnolding ). A l'issue de cette étape, on obtient alors une aube 20 en matériau composite composée d'une préforme 40 tissée en fibres de carbone noyée dans une matrice époxy dont les plateformes 23, 24 sont munies d'inserts, emprisonnés dans la matrice solidifiées. Des étapes d'usinage peuvent éventuellement compléter ce procédé pour finaliser l'aube 20.
Tous les exemples présentés ci-dessus s'inscrivent dans le cas d'une stratégie de tissage communément appelée stack-up dans laquelle les plateformes sont issues de la réunion de deux pans libres initialement tissés dans le prolongement l'un de l'autre. Toutefois, il va de soi que la présente invention peut être mise en oeuvre avec d'autres stratégies de tissage. A titre d'exemple, deux autres stratégies de tissage adaptées vont maintenant être décrites en référence aux FIG 11 et 12.
La FIG 11 illustre schématiquement la préforme 540 obtenue par un deuxième exemple de tissage tridimensionnel. Dans ce deuxième exemple, on retrouve le premier tronçon longitudinal 541, aboutissant à la formation du pied 21 de l'aube 20, et le deuxième tronçon longitudinal 542, aboutissant à la formation de la pale 22. En revanche, les tronçons transversaux 551 et 552 sont tissés différemment que dans le premier exemple : ces derniers sont effet chacun issus d'un croisement de couche Cl' à la jonction entre les premier et deuxième tronçons longitudinaux et d'une déliaison D1' les séparant du tronçon longitudinal 542. Après tissage, les tronçons transversaux 551 et 552 peuvent donc être repliés wo 2016/174345 vers l'extérieur pour atteindre leur positionnement transversal final. Une telle méthode de tissage est notamment décrite dans le document WO
2013/104852.
A partir de cette technique connue, on rajoute au moment du tissage un plan de déliaison supplémentaire D2' au sein de chaque tronçon transversal 551, 552 afin de diviser chaque tronçon transversal 551, 552 en deux pans libres distincts 551a, 551b et 552a, 552b, respectivement.
De manière analogues aux exemples précédents, des inserts variés 569 peuvent alors être disposés dans la cavité interne 553 formée par l'espace séparant les pans 551a, 551b et 552a, 552b de chaque tronçon transversal 551, 552.
La FIG 12 illustre schématiquement la préforme 640 obtenue par un troisième exemple de tissage tridimensionnel. Dans ce troisième exemple, on retrouve le premier tronçon longitudinal 641, aboutissant à la formation du pied 21 de l'aube 20, et le deuxième tronçon longitudinal 642, aboutissant à la formation de la pale 22. En revanche, les tronçons transversaux 651 et 652 sont à nouveau tissés d'une manière différente.
Dans ce troisième exemple, les couches constituant le premier tronçon transversal 651 prolongent les couches constituant le deuxième tronçon transversal 652 grâce à un croisement de couche Cl" traversant complètement le premier tronçon longitudinal 641, du côté intrados vers le côté extrados, au niveau de la jonction entre les premier et deuxième tronçons longitudinaux 641, 642. Une première déliaison Dl" permet alors de séparer le deuxième tronçon transversal 652 du premier tronçon longitudinal 641 tandis qu'une deuxième déliaison D2" permet de séparer le premier tronçon transversal 651 du deuxième tronçon longitudinal 642.
Après tissage, les tronçons transversaux 651 et 652 peuvent donc être repliés vers l'extérieur pour atteindre leur positionnement transversal final. Une telle méthode de tissage est notamment décrite dans le document WO 2010/061140.
A partir de cette technique connue, on rajoute au moment du tissage un plan de déliaison supplémentaire D3" au sein de chaque tronçon transversal 651, 652 afin de diviser chaque tronçon transversal 651, 652 en deux pans libres distincts 651a, 651b et 652a, 652b, respectivement. De manière analogues aux exemples précédents, des inserts variés 669 peuvent alors être disposés dans la cavité interne 653 wo 2016/174345 formée par l'espace séparant les pans 651a, 651b et 652a, 652b de chaque tronçon transversal 651, 652.
Naturellement, les exemples de tissage décrits ci-dessus ne sont que des exemples parmi de nombreux autres possibles que l'homme du métier reconnaîtra aisément. En particulier, il est possible d'imaginer d'autres déliaisons ou d'utiliser d'autres techniques de tissage tels des croisements de couches, des sorties de couches ou des transitions d'épaisseur pour obtenir une géométrie de préforme analogue dont les tronçons transversaux sont munis d'une cavité interne.
Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention.
De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles.
Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation. wo 2016/174345 1 DAWN WITH PLATFORMS COMPRISING INSERTS
FIELD OF THE INVENTION
This paper relates to a fibrous preform for a dawn turbomachine and a monobloc blade which can be formed at means of such a preform, a bladed wheel and a turbomachine including such a dawn.
Such a preform can be used to achieve in one part of the blades comprising aerodynamic platforms provided inserts of different natures. Such blades may be in particular fan blades of an aircraft turbojet, to name just this example.
STATE OF THE PRIOR ART
In order to reduce the mass of aircraft turbojets, and therefore reduce the consumption of these turbojet engines, it is now known to to make some blades of the composite reactor, much more light as the metal traditionally used until then.
To this end, it is also known today to use three-dimensional weaving techniques to obtain preforms fibers resulting in composite blades of very good quality. The WO 2014/076408 describes in particular a weaving process a fibrous preform for obtaining in one-piece fashion blades with intrados and extrados platforms, these platforms being of constant thickness.
However, these platforms must meet a large number of requirements and provide many functions. Mainly, such platforms must provide an aerodynamic function of definition and channeling of the flow vein of the air in the turbojet. However, they must also ensure mechanical guarantee for all phases of flight and integration consistent in the engine environment by avoiding in particular to introduce disturbances into the downstream air vein. So, the geometry of the platforms must be finely controlled, and this during all the operation of the engine, and whatever the phase of the flight.
wo 2016/174345 2 However, in particular, during tests and simulations carried out on such the inventors have found that different areas of these platforms resulting from a 3D weave were deformed more or less important under the effect of the centrifugal forces exerted during the operation of the turbomachine. The inventors have in particular noticed that the deformation of an area of a platform is all more important that it has a significant offset with respect to the blade.
Therefore, these platforms present in operation irregularities in shape that could disturb the air stream and therefore the efficiency of the turbomachine. In addition, the inventors have found that the decline is dependent, inter alia, on the length of the door-to-door false. Thus, the cantilever being different between the upper platforms and intrados of two consecutive blades, this results in a discontinuity of this interface and a risk of overlapping platforms.
So there is a real need for a fibrous preform, a dawn, a bladed wheel and a turbomachine which are lacking, at least in part of the drawbacks inherent in the aforementioned known systems.
PRESENTATION OF THE INVENTION
This paper relates to a fibrous preform for a dawn turbomachine, obtained by three-dimensional weaving, comprising a first longitudinal section, capable of forming a blade root, a second longitudinal section, extending upwards the first section longitudinal, able to form a part of blade, a first section transversely, extending transversely from the junction between first and second longitudinal sections, able to form a first platform, in which the first transverse section comprises at least one untied portion having an upper pan and a lower pan, and wherein at least one insert is disposed between the upper and lower the untied portion of the first transverse section.
Thanks to such a preform, it is possible to obtain monobloc a dawn comprising a blade root, a portion of blade and at least one platform provided with at least one insert allowing perfect the geometry of the platform, to master this geometry during operation of the engine and / or to provide the platform with wo 2016/174345 certain functions such as mechanical resistance functions or integration.
Depending on the chosen weaving strategy, the stretch cross-section leading to the platform can understand naturally two sections untied and therefore free to be moved relative to each other.
In other weaving strategies, the transverse section leading to the platform is usually monobloc: however, in this case, it is it is easy to foresee a debonding at the base of the transverse section for split the latter into two untied sections. In one case as in the other, is then easy to introduce one or more inserts in the space between the loosened sections when folded towards each other in their position transverse final.
From then on, according to the function which one wishes to endow the platform, it it is possible to introduce into this space inserts of various natures, and in particular of various forms and compositions.
Thus, thanks to this preform, one can benefit from the advantages a 3D woven monoblock blade (mass gain, number of pieces reduced; simplified assembly and maintenance, etc.) while allowing other usual functions of such platforms may be properly insured.
In this paper, the terms longitudinal, transversal, inferior, superior and their derivatives are defined compared to the main direction of the dawn considered, the dawn foot being situated on the lower side of the dawn according to this reference; terms proximal, distal and their derivatives are defined with respect to the blade dawn; the terms axial, radial, tangential and their derivatives are defined in relation to the main axis of the wheel comprising these blades, that is to say in general the axis of the turbomachine.
Axial plane means a plane passing through the main axis of the turbomachine and by radial plane a plane perpendicular to this axis main ; longitudinal plane means a plane parallel to the main direction of dawn and perpendicular to the direction of extension of the blade root: such a longitudinal plane is therefore a radial plane in the reference of the turbomachine. In addition, the terms upstream and downstream are defined with respect to the flow of air in the turbomachine.
wo 2016/174345 Finally, three-dimensional weaving means a technique of weaving in which weft threads circulate within a matrix of warp yarns so as to form a three-dimensional network of yarns according to three-dimensional armor: all the layers of threads of such fibrous structure are then woven during the same weaving step within a three-dimensional loom.
In some embodiments, at least one insert is a wire. he may in particular be a wire, carbon or CIS, for example of the same nature as the threads used to weave the fibrous preform.
Unlike the fibers of the main fibrous structure whose The guidelines are laid down by the weaving strategy used, such a thread enjoys complete freedom of orientation. We can choose from arrange in any direction along which you wish rigidify the platform. The son of increased stiffness allow to reduce off-criteria trips.
In some embodiments, at least one insert is a veil two-dimensional woven. Such a two-dimensional sail can allow, locally or across the entire cross-sectional area, to increase the thickness of the preform and therefore the platform that will come from it. A
such veil can in particular be made of the same material as the rest of the fibrous preform. However, it is understood here that such a veil is independent of the main fibrous structure of the woven preform three-dimensionally and is reported in the latter between upper and lower sections of the untied portion of its first section transverse. Several sails of this type can be superimposed, assembled or not, and inserted between the upper and lower sections for gain more thickness. These sails can also in some cases allow to reduce off-criteria displacements if the chosen material is of superior stiffness.
In some embodiments, at least one insert is a block fibrous woven three-dimensionally. Such a woven fibrous block three-dimensionally, but regardless of the fibrous structure main part of the preform, makes it possible to easily increase the thickness of the transversal section, and therefore of the platform that will emerge, without impact the weaving strategy of the rest of the fibrous preform. Such fibrous block may in particular be made of the same material as the wo 2016/174345 rest of the fibrous preform. This fibrous block makes it possible to bring stiffness in several directions and especially to bring a stiffness that can to be different depending on the direction.
In some embodiments, the thickness and / or the number of 5 layers of fibrous block is evolutionary.
In some embodiments, at least one insert is a honeycomb material or foam. Such an insert independent of the main fibrous structure of the preform and placed between the panels upper and lower, allows to easily increase the thickness of the transversal section, and therefore of the platform that will emerge, without impact the weaving strategy of the rest of the fibrous preform. Such insert allows to have significant thicknesses without increase significant mass. The bending behavior of the platform is found more improved.
In some embodiments, at least one insert is a stand-in. Such an element, also commonly called gap-spinning, filling a gap in a preform. Such a mouth hole can thus fill a gap in the preform resulting from a debonding, cross-ply or simply folding the preform. It may especially be a braid, a fiber strand carbon or a resin rod loaded or not. Such an insert also allows to bring localized stiffness.
In some embodiments, at least one insert is a stiffener including a rod or rigid plate. Such a stiffener allows to strengthen the mechanical strength of the platform, particularly vis-à-vis centrifugal efforts. In particular, such a stiffener ensures a more regular deformation of the platform under the effect of force centrifugal during the operation of the turbomachine. Indeed, the presence of this stiffener makes it possible to better solidarise the different areas of the platform in order to move towards a standardization of their radial deformations. So we sort of sort of deformations of the platform, the areas usually strongly deflected pulling outward areas usually less deflected while the latter retain inland areas subject to a larger centrifugal force. From then on, the platform keeps running a relatively regular profile. We thus contribute to wo 2016/174345 maintain the regularity of the aerodynamic flow as well as the correct integration of the platform into the engine environment. Such stiffener may in particular be metallic or made of glass.
In some embodiments, the stiffener section is scalable. In this way, it is possible to take into account the geometry of the platform to compensate for more optimized deformations of the latter. In particular, an evolutionary width allows to adjust on the one hand the stiffness of the stiffener, and therefore the transmission of efforts from one area of the platform to the other, and to adjust the mass added locally to the platform, and therefore to locally adjust the centrifugal forces exerted on the platform. In particular, adding locally mass to an area usually less deflected the platform, we increase the intensity of the force centrifuge in this area so that the latter will be a little more deflected and will align more easily with neighboring areas naturally more deflected.
In some embodiments, at least one insert is disposed axially along the first transverse section. Such an insert allows thus axially stiffen the platform between its upstream and downstream in particular to ensure the regularity of the air flow.
In some embodiments, at least one insert is disposed along the proximal end of the first transverse section. In depending on the weaving strategy used, a gap may be present in the preform along the proximal end of the first stretch transversal: such a gap, caused in general by outlets son, then leads locally to a lower fiber volume ratio and therefore an increased fragility of this portion of dawn. Such an insert then allows to fill this gap.
In some embodiments, at least one insert is disposed along the distal end of the first transverse section. We increase thus the rigidity of the platform in its zone furthest from the blade, that is to say the one undergoing the most important centrifugal torque and therefore usually experiencing the strongest deformations. We contribute thus to ensure the regularity of the distal end of the platform. In in addition, such a stiffener disposed at this point can form a stop wo 2016/174345 preventing a platform from overlapping the platform of the next dawn, in case of violent shock following a bird ingestion for example.
In some embodiments, at least one insert is disposed tangentially from the proximal end to the distal end of the first cross section. Such an insert thus makes it possible to stiffen tangentially the platform between its distal end and its junction with the blade, thus reducing the amplitude of the deformation of the distal end of the platform.
In some embodiments, at least one insert is disposed tangentially substantially along the longest tangential segment of the first transverse section. Indeed, more than one area of the platform is deported relative to the blade, plus the lever arm forces Centrifugal training on this area is important and therefore more subject to significant deformations in operation. Therefore, stiffeners are particularly useful in the most remote areas to reduce the amplitude of the strong deformations that are usually there noted.
In some embodiments, at least one insert is disposed tangentially along the upstream or downstream end of the first section transverse. Indeed, in the case of the extrados platform, the ends upstream and downstream of the platform are the areas of the platform presenting the largest offset from the blade. From then on, following the logic stated above, stiffeners are particularly useful in these areas to reduce the amplitude of their deformations in operation.
In some embodiments, the first transverse section has at least one axial lug extending substantially axially from the upstream end and / or the downstream end of the first segment transverse, said axial flange having an upper pan and a pan lower, and at least one insert is disposed between the upper and lower of said axial tab. Such a tab allows the cooperation of the platform with the rotating casings upstream and / or downstream, which allows block the deformation of the upstream and / or downstream ends of the platform during engine operation. Such an insert then makes it possible to strengthen this tab to improve its mechanical strength.
In some embodiments, the fibrous preform comprises a second transverse section extending transversely from the wo 2016/174345 junction between the first and second longitudinal sections, in the extension and opposite the first transverse section, able to form a second platform; the second cross section comprises at at least one untied portion having an upper pan and a lower pan, and at least one insert is disposed between the upper and lower sections of the untied portion of the second transverse section.
It is understandable that all the characteristics mentioned above with regard to the first cross section can be transpose to the second transverse section.
In some embodiments, one of the pieces, preferably the upper pan, the first transverse section is woven untied with the second longitudinal section; this pan therefore extends a layer or a series of layers of the first longitudinal section. The other pan, of preferably the lower pan, the first transverse section is woven of untied manner with the first longitudinal section; this pan extends so a layer or series of layers of the second stretch longitudinal. This is a weaving strategy now well proven, described in the application WO 2014/076408, which naturally leads to the formation of a transverse section composed of two untied sections. A
crossing of layers is preferably provided at the junction between upper and lower sections of the cross section and the sections longitudinal. The sections of the transverse section may also be sewn at their distal end to close this end of the cavity in which the inserts are arranged. Where appropriate, the second section transversal can be woven in a similar way.
In other embodiments, each of the sections of the first transverse section is loosely woven with the second section longitudinal; each thus extends a layer or series of layers of first longitudinal section. This weaving strategy is derived from a today's well-proven weaving strategy, described in particular in WO 2013/104852, an additional deliming being introduced in the transverse section to form the upper and inferior. This unbinding can extend to the distal end of the transverse section, in which case the two sections are free, or may end with its distal end so that both sides are wo 2016/174345 attached to their distal end. Where appropriate, the second section transversal can be woven in a similar way.
In other embodiments, each of the sections of the first transverse section is loosely woven with the second section longitudinal and each section of the second transverse section is woven untied with the first longitudinal section; the parts of first cross section then extend the sides of the second cross section. This weaving strategy is derived from another strategy of weaving also well proven, described in particular in the WO 2010/061140, an additional deliming being introduced in each transverse section to form the upper and inferior. This unbinding can extend to the distal end of the transverse section, in which case the two sections are free, or may end before its distal end so that both sides are attached to their distal end.
In some embodiments, the yarns used for weaving of the preform are carbon fibers. However, it may be any other type of yarn, for example fiberglass or kevlar.
In some embodiments, the weave used for weaving three-dimensional of the preform is of the 3D interlock type. However, weaving of the outer surfaces of the preform can be essentially two-dimensional, of the satin type for example.
This paper is also about a dawn for turbomachine, comprising a blade root, a portion of blade, extending upwards from the dawn foot, a platform extending transversely to the blade part at the junction between the foot blade and the blade part, in which the platform is made of composite material and comprises at least one portion including, embedded in the same matrix, a first woven reinforcement, a second reinforcement woven and an insert disposed between the first and second woven reinforcements.
We understand that this dawn corresponds to that which we can obtain using the preform above. In particular, the woven reinforcements are preferably three-dimensionally woven fibrous reinforcements. from therefore, all the features and benefits described above are transpose directly to this dawn, whatever its technique obtaining.
In some embodiments, the dawn is performed in a manner monobloc composite material by means of a fibrous preform according to any of the preceding embodiments, said preform having been shaped into a mold and embedded in a matrix, preferably organic type.
In some embodiments, the matrix is of type organic. It may especially be an epoxy resin.
In other embodiments, the matrix is of the type ceramic.
This paper also relates to a bladed wheel for turbomachine, comprising a plurality of blades according to any one previous embodiments It may be a rotor wheel, such as a fan, in which the vanes are angularly arranged around a rotating hub, or of a stator wheel, in which the vanes are arranged angularly within a fixed ferrule.
The present disclosure also relates to a turbomachine, comprising at least one blade or a bladed wheel according to one any of the previous embodiments.
The aforementioned features and advantages, as well as others, will appear on reading the detailed description that follows, examples of realization of the preform, the dawn, the bladed wheel and the turbomachine proposed. This detailed description refers to attached drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The attached drawings are schematic and are intended primarily to illustrate the principles of the invention.
In these drawings, from one figure (FIG) to the other, elements (or element parts) are identified by the same signs of reference. In addition, elements (or parts of elements) belonging to different embodiments but having a similar function are identified in the figures by incremented numerical references 100, 200, etc.
FIG 1 is a plane in axial section of a turbomachine according to the invention.
FIG 2 is a partial diagram in radial section of a wheel bladed according to the invention.
FIG 3 is a partial perspective view of a blade according to a exemplary embodiment.
FIGS. 4A and 48 schematically illustrate the preform corresponding to this first example of dawn as well as its formatting.
FIG. 5 illustrates in a simplified manner the crossing of layers of FIG 4A.
FIG 6 illustrates a first example of inserts arranged in the preform of FIG 48.
FIG 7 illustrates a second example of inserts arranged in the preform of FIG 48.
FIG 8 illustrates a third example of inserts arranged in the preform of FIG 48.
FIG 9 illustrates a fourth example of inserts arranged in the preform of FIG 48.
FIG 10 illustrates a fifth example of inserts arranged in the preform of FIG 48.
FIG 11 schematically illustrates a second example of preform with inserts.
FIG 12 schematically illustrates a third example of preform with inserts.
DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
In order to make the invention more concrete, exemplary embodiments are described in detail below, with reference to the accompanying drawings. It is recalled that the invention is not limited to these examples.
FIG 1 shows, in section along a vertical plane passing through its main axis A, a turbofan engine 1 according to the invention. he comprises, from upstream to downstream according to the flow of the air flow, a blower 2, a low pressure compressor 3, a high compressor pressure 4, a combustion chamber 5, a high pressure turbine 6, and a low pressure turbine 7.
wo 2016/174345 12 As shown in FIG. 2, the blower 2 is provided a plurality of fan blades 20 mounted angularly around the axis A on a disc 11 connected to the low pressure shaft of the turbomachine 1.
Such a fan blade is shown in FIG. 3. She comprises a blade root 21 dovetail configured to engage in a groove 12 of the disc 11 to fix it to the disc 11. This foot 21 is extended upwards by a blade 22 having a face extrados 22e and a face intrados 22i each meaning upstream in downstream between a leading edge 22a and a trailing edge 22f.
The blade 20 further comprises an extrados platform 23, extending transversely on the extrados side of the blade from the junction between the blade root 21 and the blade 22, and an intrados platform 24, extending transversely from the intrados side of the dawn from the junction between the blade root 21 and the blade 22.
FIG 4A shows the preform 40 woven three-dimensionally to make this first example of blade 20. FIG 4B
represents the same preform 40 after its shaping. This preform 40 will be described from upstream to downstream in the weaving direction T, i.e.
say from the bottom to the top of the figures. It goes without saying that weaving could be realized from the other end and in the other direction.
In this embodiment, the preform 40 is woven three-dimensional carbon fiber in 3D interlock armor.
Only the surfaces of the preform 40 are bidimensionally woven in a satin-like weave.
At the upstream end, weaving begins with a first zone of debonding D1 in which a lower free pan 51a of a first section transverse 51, a first longitudinal section 41 and a lower free pan 52a of a second transverse section 52 are woven jointly from untied with respective disbanding schemes 65 and 66. The first longitudinal section 41 will eventually lead to the formation of the foot 21 of dawn 20.
Downstream of this first deliming zone D1, a zone of crossing of Cl layers form interface with a second zone of debonding D2 in which a first free pan 50a, a second section wo 2016/174345 longitudinal 42 and a second free pan 50b are woven jointly from untied with respective debonding plans 62 and 63.
At the level of the diaper crossing area Cl operates a crossing of layers such as the layers of threads from the free sections lower 51a, 52a of the first and second transverse sections 51, 52 extend to the second longitudinal section 42 while the layers of son composing the free panels 50a, 50b are derived from the first longitudinal section 41.
Weaving methods allowing such a crossing of layers are now well known in the field of 3D weaving. As illustration, FIG 5 schematizes in a simplified way this crossing of In the region of crossing of layers C1, the weft threads tl solidarisant the outermost layers of c warp threads of the first longitudinal section 41 are deflected outwards in order to secure, in downstream of the Cl layer crossing zone, the warp son layers c of the first free pan 50a, while the weft son t2 solidarisant the layers of the lower free pan 51a are deflected inwards in order to to secure the outermost layers of the second longitudinal section 42. Thus, the weft threads t1 and t2 intersect at the level of the crossing of Cl layers. Associated with the debonding technique, this layer crossing technique makes it possible to weave two sections 51a, 50a loosely arranged in the extension of one another, assuring them solid attachment to the main ply 41, 42.
Back to FIG 4A and 4B and the weaving of the preform 40, within of the second deliming zone D2, diaper outputs are progressively made along the weaving T between the second section 42 and each of the free sections 50a, 50b in order to refine the second longitudinal section 42 and therefore the future blade 22 of the dawn.
Once the weaving is finished, the free sections 50a and 50b are cut to form respectively the upper free pan 51b of the first transverse section 51 and the upper free pan 52b of the second transverse section 52.
The lower and upper free sections of each section transverse 51, 52 are then folded towards each other according to the arrows so as to take their final transversal positions. A collage or a seam may be provided at the distal end of the free ends. The wo 2016/174345 transverse sections 51, 52 will thus form respectively the platforms extrados 23 and intrados 24 forms of the dawn 20.
Once the free sections 50a and 50b have been cut off, the floating wires residing at the surface of the second longitudinal section 42, that is to say the son of chain detached from any weft yarn from the layer exits realized, are now accessible and can be shaved.
The final configuration of the preform 40 is then represented on FIG 4B. It should be noted here that the qualifiers transversal and longitudinal are given according to the final position of the section considered, the transverse sections being necessarily woven longitudinally before being folded transversely.
The spaces separating the bottom panels 51a, 52a and the panels 51b, 52b of the transverse sections 51, 52 then form internal cavities 53 which can receive inserts of various natures.
These inserts will now be described with reference to FIGs 6 to 10.
The skilled person will understand that the combinations of inserts presented here are not exclusive, some inserts of an example that can be combined with inserts of another example, in the same place or at a different place, depending on the properties sought for the platforms 23, 24.
FIG 6 illustrates a first configuration in which the cavity internal 53 of the first transverse section 51 includes a stop-hole 61 and a two-dimensional sail 62.
The stopper 61, for example a carbon rod, is arranged axially along the proximal end of the transverse section 51, that is, against the crossover zone of layer C1.
The two-dimensional veil 62 is made of fibers of carbon and extends over the entire residual surface of cavity 53 no occupied by the stopper 61: it allows in particular to thicken the section transversal 51.
FIG 7 illustrates a second configuration in which the cavity internal 153 of the first transverse section 151 comprises a stiffener 163 and a fibrous block 164.
In this example, the distal ends of the lower flaps 151a and upper 151b were sewn to close the distal end of the cavity 153. The stiffener 163 is a metal rod extending axially on the wo 2016/174345 along the distal end of the transverse section 151, i.e.
the distal edge of the cavity 153.
The fibrous block 164 comprises woven carbon fibers three-dimensionally according to 3D interlock armor. His number of 5 layers, and therefore its thickness, is preferably scalable. It spans the entire residual area of the cavity 153 not occupied by the stiffener 163 to thicken and shape the geometry of the transverse section 151.
FIG 8 illustrates a third configuration in which the cavity 253 of the first transverse section 251 comprises a stiffener 263, a web 262 and a series of wires 265.
The stiffener 263 is a fiberglass rod extending axially substantially in the middle of the cavity 253. It thus influences the geometry of the transverse section 251 and thus on the geometry of the final platform 23.
The two-dimensional web 262 is inserted between stiffener 263 and the distal end of the cavity 253.
The wires 265, for example metal, extend axially and are arranged next to each other between the proximal end of the cavity 253 and the stiffener 263.
FIG 9 illustrates, in plan, a fourth configuration in which the internal cavity 353 of the first transverse section 351 comprises a tangential stiffener 366 extending tangentially from the second longitudinal section 342 to the distal end of the first section transverse 351, substantially along the downstream end of the first cross section 351. A similar stiffener is disposed in the cavity of the second transverse section 352.
FIG 10 illustrates, in profile, a fifth configuration in which the lower sections 451a and upper 451b of the first section transverse 451 each comprise upstream legs 454a, 454b and downstream 455a, 455b respectively separated by upstream and downstream 456 interstices 457 extending the internal cavity 453.
A metal reinforcement 467, 468 is then inserted into each gap 456, 457 to strengthen legs 454 and 455. Once dawn completed, these tabs 454 and 455 are intended to cooperate with the ferrule upstream and the downstream drum of the fan 2.
wo 2016/174345 Whatever inserts chosen and placed in the cavity internal 53 of the transverse sections 51, 52, the preform 40 and completed can then be wetted to soften it and allow a easier decadration of the fibers. It is then introduced into a mold of forming whose interior space is adjusted to the desired geometry for the preform 40. The different inserts can possibly be attached to the lower and / or upper sections of the transverse sections by sewing or gluing for example.
The preform 40 is then dried so that it stiffens, thus blocking the geometry imposed during formatting. The preform 40 is finally arranged in an injection mold, the dimensions of the dawn desired final 20, in which a matrix is injected, here a resin epoxy. Such an injection may for example be carried out by the process known RTM (resin transfer nnolding). At the end of this stage, then gets a blade 20 made of composite material composed of a woven carbon fiber preform 40 embedded in an epoxy matrix whose platforms 23, 24 are provided with inserts, trapped in the matrix solidified. Machining steps can possibly complete this process to finalize the dawn 20.
All the examples presented above fit in the case of a weaving strategy commonly called stack-up in which platforms come from the meeting of two free sections initially woven in the extension of one another. However, it goes from that the present invention can be implemented with other weaving strategies. As an example, two other weaving strategies adapted will now be described with reference to FIGS. 11 and 12.
FIG 11 schematically illustrates the preform 540 obtained by a second example of three-dimensional weaving. In this second example, we find the first longitudinal section 541, resulting in the formation the foot 21 of the blade 20, and the second longitudinal section 542, resulting in the formation of the blade 22. In contrast, the sections transversals 551 and 552 are woven differently than in the first example: these are effect each resulting from a layer crossing Cl 'at the junction between the first and second longitudinal sections and of a delimitation D1 'separating them from the longitudinal section 542. After weaving, the transverse sections 551 and 552 can therefore be folded wo 2016/174345 outward to reach their final transverse positioning. A
such weaving method is described in particular in WO
2013/104852.
From this known technique, we add at the moment of weaving an additional deliming plan D2 'within each section transverse 551, 552 to divide each transverse section 551, 552 in two distinct free faces 551a, 551b and 552a, 552b, respectively.
In a similar manner to the preceding examples, various inserts 569 can then be arranged in the internal cavity 553 formed by the space separating the sections 551a, 551b and 552a, 552b of each section transverse 551, 552.
FIG 12 schematically illustrates the preform 640 obtained by a third example of three-dimensional weaving. In this third example, we find the first longitudinal section 641, resulting in the formation the foot 21 of the blade 20, and the second longitudinal section 642, resulting in the formation of the blade 22. In contrast, the sections transversals 651 and 652 are woven again in a different manner.
In this third example, the layers constituting the first transversal section 651 extend the layers constituting the second transverse section 652 thanks to a crossed crossing of Cl "
completely the first longitudinal section 641, from the intrados side to the extrados side, at the junction between the first and second longitudinal sections 641, 642. A first delimitation D1 "then allows to separate the second transverse section 652 from the first section longitudinal 641 while a second debonding D2 "separates the first transverse section 651 of the second longitudinal section 642.
After weaving, the transverse sections 651 and 652 can therefore be folded outward to reach their transverse positioning final. Such a method of weaving is described in particular in WO 2010/061140.
From this known technique, we add at the moment of weaving an additional D3 "delimitation plan within each cross section 651, 652 to divide each transverse section 651, 652 in two separate free faces 651a, 651b and 652a, 652b, respectively. In a similar manner to the preceding examples, various inserts 669 can then be arranged in the internal cavity 653 wo 2016/174345 formed by the space separating the faces 651a, 651b and 652a, 652b of each transverse section 651, 652.
Of course, the weaving examples described above are not that examples among many other possible that the man of the profession will easily recognize. In particular, it is possible to imagine other loosening or using other weaving techniques such as layer crossings, layer outputs or transitions thickness to obtain a similar preform geometry whose transverse sections are provided with an internal cavity.
The modes or examples of embodiment described herein presentation are given by way of illustration and not limitation, a person from profession can easily, in view of this presentation, modify these modes or examples of realization, or to envisage others, while remaining in the scope of the invention.
In addition, the different characteristics of these modes or examples embodiments can be used alone or be combined with each other.
When combined, these characteristics can be as described above or differently, the invention is not limited to specific combinations described in this paper. In particular, unless otherwise specified, a feature described in connection with a mode or example of embodiment can be applied in a similar manner to another mode or embodiment.